JP2010062291A - Semiconductor substrate and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板及びその製造方法に関し、更に詳しくは、シリコン酸化膜等の絶縁膜上に単結晶シリコン層を形成したSOI(Silicon On Insulator)構造を有する半導体基板及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor substrate having an SOI (Silicon On Insulator) structure in which a single crystal silicon layer is formed on an insulating film such as a silicon oxide film and a manufacturing method thereof. is there.
近年、半導体回路の高集積化に伴い素子の微細化が促進され、その基板の元となるチョクラルスキー法(以下、「CZ法」という)にて作製されたシリコン単結晶に対する品質要求が高まっており、さらに、低電力化に伴い表面直下にシリコン酸化膜等の絶縁膜を有するSOI基板(SOIウェーハ)が必要となってきた。
このSOI基板を作製する方法としては、シリコン基板に酸素のイオン注入を行うことにより、このシリコン基板の内部に埋め込み酸化膜を形成するSIMOX法(Separation by Ion Implanted Oxygen)が広く用いられている。
このSOI層に形成されたデバイスは、高放射線耐性、ラッチアップ耐性、ショートチャネル効果の抑制を有し、しかも低消費電力動作が可能となるため、SOI基板が次世代高機能半導体基板として期待されている。
In recent years, miniaturization of elements has been promoted along with higher integration of semiconductor circuits, and quality requirements for a silicon single crystal produced by the Czochralski method (hereinafter referred to as “CZ method”) that is the base of the substrate have increased. Furthermore, with the reduction in power consumption, an SOI substrate (SOI wafer) having an insulating film such as a silicon oxide film immediately below the surface has become necessary.
As a method for manufacturing this SOI substrate, a SIMOX method (Separation by Ion Implanted Oxygen) in which a buried oxide film is formed inside the silicon substrate by ion implantation of oxygen into the silicon substrate is widely used.
The device formed in this SOI layer has high radiation resistance, latch-up resistance, suppression of short channel effect, and can operate with low power consumption. Therefore, an SOI substrate is expected as a next-generation high-performance semiconductor substrate. ing.
一般的に、チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶を加工して得られた鏡面研磨基板は、例えばCOP(Crystal Originated Particle)等の結晶育成時に導入される結晶欠陥がゲート酸化膜の耐圧劣化の要因となることが知られている。従って、デバイスメーカでは、結晶欠陥密度を低減させた基板、例えば、シリコン基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させた基板、あるいは低速引き上げ条件により育成された結晶欠陥を大幅に低減させた基板を使用することでゲート酸化膜の絶縁不良による歩留改善を実施している。 In general, a mirror-polished substrate obtained by processing a silicon single crystal grown by the Czochralski method has a crystal defect introduced during crystal growth, such as COP (Crystal Originated Particle), for example. It is known to cause deterioration. Therefore, a device manufacturer uses a substrate with a reduced crystal defect density, for example, a substrate obtained by epitaxially growing single crystal silicon on a silicon substrate, or a substrate with greatly reduced crystal defects grown under a slow pulling condition. As a result, the yield is improved by the insulation failure of the gate oxide film.
SOI基板についても同様であり、SIMOX法によるSOI基板においても、COPもしくはボイド欠陥が基板表面もしくは表面近傍に存在することで、最終製品でのSOI層の表面上にピンホール欠陥などを誘発させデバイス特性を劣化させることになる。SIMOX法では、イオン注入による照射欠陥を回復させ、さらに、打ち込まれた酸素を均質な欠陥のない埋め込み酸化膜とするために、高い温度(1300℃以上)でのアニールが必要とされるが、基板表面に10μm程度の大きさの四角錐あるいは円形状のくぼみが数十〜数百個/cm2発生する。 The same is true for SOI substrates. Even in SOI substrates based on the SIMOX method, COP or void defects exist on or near the surface of the substrate, thereby inducing pinhole defects on the surface of the SOI layer in the final product. The characteristics will be deteriorated. In the SIMOX method, annealing at a high temperature (1300 ° C. or higher) is required in order to recover irradiation defects caused by ion implantation and to make the implanted oxygen into a buried oxide film having no homogeneous defects. Several tens to several hundreds / cm 2 of quadrangular pyramids or circular depressions having a size of about 10 μm are generated on the substrate surface.
この高温アニール時に生じるくぼみ(ピット)はサーマルピットと呼ばれ、埋め込み酸化膜上のシリコン単結晶の膜厚を変化させるばかりでなく、しばしば埋め込み酸化膜自体をも破壊し、さらには貫通し、SOI構造自体を破壊することとなる。このため、このサーマルピットが発生した箇所に形成されたデバイスは、デバイス本来の機能を発揮することができず、SIMOXウェーハを用いてデバイスを作製する際の大きな問題となっている。 The depression (pit) generated during the high-temperature annealing is called a thermal pit, which not only changes the film thickness of the silicon single crystal on the buried oxide film, but also often destroys the buried oxide film itself, and further penetrates it. The structure itself will be destroyed. For this reason, the device formed at the location where the thermal pits are generated cannot exhibit the original function of the device, which is a serious problem when a device is manufactured using a SIMOX wafer.
そこで、このSOI層の表面にピンホール欠陥などを誘発させないSIMOX基板の製造方法として、窒素を1×1014atoms/cm3〜1×1017atoms/cm3含むシリコン単結晶を用いた製造方法が提案されている(特許文献1参照)。
この製造方法では、SIMOX法における高温アニール時に発生するサーマルピット等の欠陥の発生を、シリコン結晶中に微量の窒素を添加した半導体基板を適用することで抑制することができる。この抑制効果を発揮するために必要な窒素濃度は、高温アニール前においては1×1014〜1×1018atoms/cm3であり、高温アニール後においては1×1012〜1×1017atoms/cm3である。
Therefore, as a method for manufacturing a SIMOX substrate that does not induce pinhole defects or the like on the surface of this SOI layer, a method using a silicon single crystal containing 1 × 10 14 atoms / cm 3 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 of nitrogen. Has been proposed (see Patent Document 1).
In this manufacturing method, the occurrence of defects such as thermal pits generated during high-temperature annealing in the SIMOX method can be suppressed by applying a semiconductor substrate in which a small amount of nitrogen is added to a silicon crystal. The nitrogen concentration necessary to exert this suppression effect is 1 × 10 14 to 1 × 10 18 atoms / cm 3 before high-temperature annealing, and 1 × 10 12 to 1 × 10 17 atoms after high-temperature annealing. / Cm 3 .
ところで、このシリコン単結晶中に微量の窒素が存在した場合、(1)デバイス作製時の熱処理により発生する熱応力を緩和する、(2)セコエッチング液等のエッチング液によるエッチピットの発生を抑制する、等の効果があることが知られているが、SIMOX法で用いられる高温アニール時の欠陥発生への影響は知られていなかった。例えば、このSOI基板の製造方法では、窒素を含むシリコン基板に酸素イオンを注入し、その後1350℃で0.5%の酸素ガスを4時間、さらに酸素濃度70%で更に4時間熱処理することにより、SOI層の表面の0.3μm以上のサーマルピットの数が0個になっている。
しかしながら、上述した特許文献1の製造方法においても、その基板の表面近傍に0.3μm未満のサイズの欠陥が高密度で存在しているという問題点があった(例えば、特開2006−261632号公報等参照)。
すなわち、この現象は、微量酸素濃度のガス雰囲気では結晶欠陥が消滅しないことを示しており、したがって、この製造方法では、0.3μm未満のサイズの欠陥を消滅させることができないという問題点が依然として残存している。
また、半導体回路の高集積化に伴い素子の微細化が促進される昨今においては、この0.3μm未満のサイズの欠陥は、後のデバイス工程においては致命的な欠陥となる。
However, the above-described manufacturing method disclosed in
That is, this phenomenon shows that crystal defects are not eliminated in a gas atmosphere with a trace oxygen concentration, and therefore, this manufacturing method still has a problem that defects having a size of less than 0.3 μm cannot be eliminated. Remains.
Further, in recent years when miniaturization of elements is promoted with higher integration of semiconductor circuits, the defect having a size of less than 0.3 μm becomes a fatal defect in a subsequent device process.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、SOI構造を有するSOI基板を製造する際に用いられる表面に比較的小さなサイズの欠陥が無い半導体基板、及び、この半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and a semiconductor substrate having no relatively small size defect on a surface used when manufacturing an SOI substrate having an SOI structure, and the semiconductor substrate It aims at providing the manufacturing method of.
本発明の請求項1に係る半導体基板は、シリコン基板の表面に、シリコン酸化膜、シリコン単結晶層を順次備えてなるSOI構造を有するSOI基板を製造する際に用いられる半導体基板であって、表面近傍に窒素を含有しない領域を有することを特徴とする。
A semiconductor substrate according to
請求項2に係る半導体基板は、請求項1記載の半導体基板において、前記領域は、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気中、1000〜1280℃の範囲内の温度にて熱処理してなる厚みが10μm以下の窒素を含有しないシリコン単結晶層であることを特徴とする。
The semiconductor substrate according to
請求項3に係る半導体基板は、請求項1記載の半導体基板において、前記領域は、エピタキシャル法により形成してなる厚みが10μm以下の窒素を含有しないシリコン単結晶層であることを特徴とする。 A semiconductor substrate according to a third aspect is the semiconductor substrate according to the first aspect, wherein the region is a silicon single crystal layer not formed of nitrogen having a thickness of 10 μm or less formed by an epitaxial method.
請求項4に係る半導体基板は、請求項1ないし3のいずれか1項記載の半導体基板において、
前記領域を除く部分の窒素濃度は、1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内であることを特徴とする。
The semiconductor substrate according to claim 4 is the semiconductor substrate according to any one of
Nitrogen concentration of the portion excluding the region is characterized in that it is in the range of 1 × 10 13 ~5 × 10 15 atoms /
請求項6に係る半導体基板の製造方法は、単結晶シリコン基板に酸素イオンの注入を行い、前記単結晶シリコン基板内に埋め込み酸化膜を形成する半導体基板の製造方法において、表面近傍に窒素を含有しない領域を有する半導体基板を用いることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6 is a method of manufacturing a semiconductor substrate in which oxygen ions are implanted into a single crystal silicon substrate, and a buried oxide film is formed in the single crystal silicon substrate. A semiconductor substrate having a region that is not used is used.
本発明の請求項1に係る半導体基板によれば、表面近傍に窒素を含有しない領域を有するので、その表面に窒素と酸素との結合に起因するピンホール欠陥等の電気的に活性な欠陥が生じるのを防止することができる。したがって、この半導体基板を用いてSOI基板を作製すれば、このSOI基板上に形成されるデバイスの特性を良好に保持することができ、デバイスの信頼性を高めることができる。 According to the semiconductor substrate of the first aspect of the present invention, since there is a region not containing nitrogen in the vicinity of the surface, there are electrically active defects such as pinhole defects due to the bond between nitrogen and oxygen on the surface. It can be prevented from occurring. Therefore, if an SOI substrate is manufactured using this semiconductor substrate, the characteristics of the device formed on the SOI substrate can be maintained well, and the reliability of the device can be improved.
請求項2に係る半導体基板によれば、前記領域を、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気中、1000〜1280℃の範囲内の温度にて熱処理してなる厚みが10μm以下の窒素を含有しないシリコン単結晶層としたので、その表面に微小な大きさのサーマルピット等の欠陥が発生するのを防止することができ、このシリコン単結晶層の面内均一性を高めることができる。
According to the semiconductor substrate of
請求項3に係る半導体基板によれば、前記領域を、エピタキシャル法により形成してなる厚みが10μm以下の窒素を含有しないシリコン単結晶層としたので、その表面に微小な大きさのサーマルピット等の欠陥が発生するのを防止することができ、このシリコン単結晶層の面内均一性を高めることができる。 According to the semiconductor substrate of the third aspect, since the region is a silicon single crystal layer that is formed by an epitaxial method and does not contain nitrogen having a thickness of 10 μm or less, a small size thermal pit or the like is formed on the surface thereof. Can be prevented, and the in-plane uniformity of the silicon single crystal layer can be improved.
請求項4に係る半導体基板によれば、前記領域を除く部分の窒素濃度を、1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内としたので、窒素を含有しない領域の表面におけるBMD密度の面内均一性を高めることができ、この表面における酸素析出物の成長を促進させることができる。 According to the semiconductor substrate of the fourth aspect, since the nitrogen concentration in the portion excluding the region is in the range of 1 × 10 13 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 , the BMD on the surface of the region not containing nitrogen The in-plane uniformity of density can be increased, and the growth of oxygen precipitates on this surface can be promoted.
請求項6に係る半導体基板の製造方法によれば、表面近傍に窒素を含有しない領域を有する半導体基板を用いるので、表面に窒素と酸素との結合に起因するピンホール欠陥等の電気的に活性な欠陥が生じる虞のない半導体基板を作製することができる。 According to the method for manufacturing a semiconductor substrate according to claim 6, since the semiconductor substrate having a region not containing nitrogen is used in the vicinity of the surface, the surface is electrically active such as pinhole defects caused by the bond between nitrogen and oxygen. It is possible to manufacture a semiconductor substrate that does not cause any defects.
本発明の半導体基板及びその製造方法を実施するための最良の形態について説明する。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
The best mode for carrying out the semiconductor substrate and the manufacturing method thereof of the present invention will be described.
This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.
図1は、本発明の一実施形態の半導体基板を示す断面図であり、図において、1は半導体基板であり、この半導体基板1の表面1aの近傍に、窒素を含有しない領域2が形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor substrate according to an embodiment of the present invention. In the figure,
この半導体基板1は、例えば、CZ法にて作製されたシリコン単結晶をウェーハ状に加工してなるシリコン基板であり、ホウ素(B)等のp型のドーパント、またはリン(P)等のn型のドーパントが添加されている。
このシリコン単結晶は、多結晶シリコンと、窒化ケイ素等の窒化物をCZ成長炉のるつぼに投入し溶融して多結晶シリコン溶融液とし、この多結晶シリコン溶融液にシリコン種結晶を接触させて引き上げることにより、作製することができる。
The
In this silicon single crystal, polycrystalline silicon and nitride such as silicon nitride are put into a crucible of a CZ growth furnace and melted to obtain a polycrystalline silicon melt, and a silicon seed crystal is brought into contact with the polycrystalline silicon melt. It can be fabricated by pulling up.
この窒素を含有しない領域2は、次の(1)または(2)のシリコン単結晶層により構成されている。
(1)半導体基板1の表面1aの近傍を、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気中、1000〜1280℃の範囲内の温度、好ましくは1200〜1250℃の範囲内の温度にて熱処理することにより得られた、窒素を含有しないシリコン単結晶層。
(2)半導体基板1の表面1aにエピタキシャル法により形成することにより得られた、窒素を含有しないシリコン単結晶層。
The
(1) The vicinity of the
(2) A silicon single crystal layer not containing nitrogen, obtained by forming the
これらのシリコン単結晶層の厚みは、10μm以下が好ましく、より好ましくは0.5μm以上かつ8μm以下、さらに好ましくは1μm以上かつ2.5μm以下である。
ここで、シリコン単結晶層の厚みを10μm以下としたのは、この半導体基板1を用いてSOI構造を有するSOI基板を製造した際に、得られたSOI基板の表面における0.3μm未満の比較的小さなサイズの欠陥を低減させることができるからである。
The thickness of these silicon single crystal layers is preferably 10 μm or less, more preferably 0.5 μm or more and 8 μm or less, and further preferably 1 μm or more and 2.5 μm or less.
Here, the thickness of the silicon single crystal layer is set to 10 μm or less because when the SOI substrate having the SOI structure is manufactured using the
この半導体基板1のうち窒素を含有しない領域2を除く部分、すなわち窒素を含有する領域3の窒素濃度は1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内、好ましくは5×1014〜1×1015atoms/cm3の範囲内である。
ここで、窒素濃度を1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内で含有するのが望ましい理由は、窒素濃度が1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内であると、BMD密度が半導体基板1の表面1aの全面に亘って均一となり、酸素析出物の成長を促進させるからである。また、窒素濃度が5×1015atoms/cm3を超えた場合、その溶解度からシリコン単結晶に含有させ得る限界に近い窒素濃度となり、シリコン単結晶の全長にわたって均一に濃度を維持するのが困難になる。
なお、窒素濃度は、初期のシリコン溶融液量およびシリコン溶融液に初期添加した窒素量およびインゴットに対するウェーハの採取位置を基に、窒素の偏析係数から計算した値である。
The nitrogen concentration of the
Here, the reason why it is desirable to contain the nitrogen concentration within the range of 1 × 10 13 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 is that the nitrogen concentration is within the range of 1 × 10 13 to 5 × 10 15 atoms / cm 3 . This is because the BMD density is uniform over the
The nitrogen concentration is a value calculated from the segregation coefficient of nitrogen based on the initial amount of silicon melt, the amount of nitrogen initially added to the silicon melt, and the wafer sampling position relative to the ingot.
次に、本実施形態の半導体基板1及びSOI基板の製造方法について、図2に基づき説明する。
まず、図2(a)に示すように、窒素濃度が1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内のシリコン単結晶からなる半導体基板11を用意する。
この半導体基板11は、全体に均一に窒素が導入されていることが好ましい。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 2A, a
The
次いで、図2(b)に示すように、この半導体基板11を、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気中、1000〜1280℃の範囲内の温度、好ましくは1200〜1250℃の範囲内の温度にて、5分〜4時間、好ましくは60分〜2時間、熱処理し、この半導体基板11の表面11a近傍を、厚みが10μm以下の窒素を含有しないシリコン単結晶層12とする。
ここで、不活性ガス雰囲気としては、Arガス雰囲気が好適である。
Next, as shown in FIG. 2B, the
Here, an Ar gas atmosphere is suitable as the inert gas atmosphere.
このシリコン単結晶層12は、半導体基板11の表面11a上にエピタキシャル法によりシリコン単結晶層を堆積させることによっても作製することができる。
この半導体基板11のうちシリコン単結晶層12を除く部分、すなわち窒素を含有するシリコン単結晶13の窒素濃度は、1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内、好ましくは5×1014〜1×1015atoms/cm3の範囲内となっている。
The silicon
The nitrogen concentration of the
ところで、従来例である特許文献1の発明では、シリコンウェーハに埋め込み酸化膜を形成するために高温アニールを施すと、この高温アニールにより空孔などの点欠陥が表面より発生して熱平衡濃度まで増加し、シリコンウェーハの結晶育成時や酸素イオン注入時にシリコンウェーハの表面及び表面近傍に発生していた欠陥を中心として凝集し、サーマルピットを形成する。
そこで、シリコン結晶中に窒素を添加すると、結晶に発生する点欠陥濃度や点欠陥の拡散によりサーマルピットの形成を抑制することができる。一方、窒素は酸素と結合し電気的に活性な欠陥を作る場合があるので、デバイスが形成される埋め込み酸化膜上のシリコン結晶層には窒素が存在しないことが望ましい。
By the way, in the invention of
Therefore, when nitrogen is added to the silicon crystal, the formation of thermal pits can be suppressed by the concentration of point defects generated in the crystal and the diffusion of point defects. On the other hand, since nitrogen may combine with oxygen to create an electrically active defect, it is desirable that nitrogen does not exist in the silicon crystal layer on the buried oxide film where the device is formed.
そこで、本実施形態では、窒素濃度が1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内のシリコン単結晶からなる半導体基板11を用い、この半導体基板11の表面1a近傍を、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気中、1000〜1280℃の範囲内の温度にて、5分以上かつ4時間以下の時間、熱処理するか、あるいは、半導体基板11の表面11a上にエピタキシャル法によりシリコン単結晶層を堆積させることにより、厚みが10μm以下の窒素を含有しないシリコン単結晶層12を形成させる。
ここで、上記各々の手法による窒素が存在しない表面近傍のシリコン単結晶層12は、デバイスが作成される埋め込み酸化膜を含む領域である。
Therefore, in this embodiment, the
Here, the silicon
以上により、表面1a近傍あるいは表面1a上に、厚みが10μm以下のシリコン単結晶層からなる窒素を含有しない領域2が形成され、この窒素を含有しない領域2を除く部分、すなわち窒素を含有する領域3の窒素濃度が1×1013〜5×1015atoms/cm3の範囲内である半導体基板1を作製することができる。
この半導体基板1の表面は、0.3μm未満の微小な大きさのサーマルピット等の欠陥が極めて少なく、面内均一性が高いものとなっている。
As described above, the nitrogen-
The surface of the
また、半導体基板11の表面1a近傍を、不活性ガスおよび/または還元性ガス雰囲気中、1000〜1280℃の範囲内の温度にて、5分以上かつ4時間以下の時間、熱処理することにより、非酸化性ガス雰囲気下での熱処理による結晶欠陥、特にGrown−in欠陥と称される空洞欠陥の内壁酸化膜を溶解させ、その後、内壁酸化膜が除去された空洞欠陥内に格子間シリコン原子の拡散による穴埋め効果により表面近傍のGrown−in欠陥を縮小させて消滅させ、同時に10μm以下の窒素を含有しないシリコン単結晶層12を形成することができる。
Also, by subjecting the vicinity of the
次いで、この半導体基板1を用いて、SIMOX法によりSOI基板を作製する。
図2(c)に示すように、この半導体基板1に、その表面1aから酸素イオンを注入し、このシリコン基板1の表面1aから所定の深さ、例えば100nm〜1000nm、好ましくは200nm〜800nmの深さに高濃度酸素イオン注入層14を形成する。
Next, using this
As shown in FIG. 2C, oxygen ions are implanted into the
次いで、アルゴン及び酸素の混合ガス雰囲気中、1300〜1380℃の範囲内の温度にて、240〜1500分間、熱処理する。この混合ガスとしては、例えば、0.5v/v%O2−99.5v/v%Ar、70v/v%O2−30v/v%Ar等の混合ガスが好適である。
図3に、この熱処理のプロファイルの一例を示してある。
この熱処理のプロファイルでは、0.5v/v%O2−99.5v/v%Arの混合ガス雰囲気中にて、1350℃にて4時間熱処理し、次いで、ガス置換して70v/v%O2−30v/v%Arの混合ガス雰囲気とし、この雰囲気中にて、1350℃にて4時間熱処理する。
Next, heat treatment is performed in a mixed gas atmosphere of argon and oxygen at a temperature in the range of 1300 to 1380 ° C. for 240 to 1500 minutes. As this mixed gas, for example, a mixed gas of 0.5 v / v% O 2 -99.5 v / v% Ar, 70 v / v% O 2 -30 v / v% Ar, or the like is suitable.
FIG. 3 shows an example of the heat treatment profile.
In this heat treatment profile, heat treatment was performed at 1350 ° C. for 4 hours in a mixed gas atmosphere of 0.5 v / v% O 2 to 99.5 v / v% Ar, and then gas replacement was performed to obtain 70 v / v% O. a mixed gas atmosphere of 2 -30v / v% Ar, C. in the atmosphere for the heat treatment for 4 hours at 1350 ° C..
これにより、高濃度酸素イオン注入層14を含むシリコン基板1の表面が酸化され、図2(d)に示すように、この高濃度酸素イオン注入層14が埋め込み酸化膜15となると共に、シリコン基板1の表面1a近傍である窒素を含有しない領域2内の上部にシリコン酸化膜16が形成される。
As a result, the surface of the
次いで、このシリコン酸化膜16に、フッ化水素水溶液等のエッチング液を用いてエッチング処理を施し、このシリコン酸化膜16を除去する。
次いで、シリコン酸化膜16が除去された窒素を含有しない領域2をSC−1洗浄して不純物等を取り除く。
以上により、図4に示すように、半導体基板1の表面1a近傍に、埋め込み酸化膜15、窒素を含有しない領域2を用いてなるシリコン単結晶層17を順次備えたSOI構造を有するSOI基板21を製造することができる。
このSOI基板21は、0.3μm未満のサイズの欠陥をも低減させることができる。
以上により、高温アニール時のピット発生が少なく、SOI構造に欠陥の少ないSOI基板21を作製することができる。
Next, the
Next, the nitrogen-
As described above, as shown in FIG. 4, an
This
As described above, it is possible to manufacture the
以下、実施例により本発明を説明する。
(実施例1)
多結晶シリコンをCZ成長炉のるつぼに投入して加熱昇温し、この多結晶シリコンの融解中に窒素ガスを導入することにより、窒素を1×1014atoms/cm3含むシリコン単結晶を得た。このシリコン単結晶をウェーハ状に加工し、得られたシリコンウェーハ上に、エピタキシャル法によりシリコン単結晶層を堆積量が表面近傍2μmとなるように堆積し、実施例1の300mmφのシリコン基板を作製した。
Hereinafter, the present invention will be described by way of examples.
Example 1
By introducing polycrystalline silicon into the crucible of the CZ growth furnace, heating and raising the temperature, and introducing nitrogen gas during melting of the polycrystalline silicon, a silicon single crystal containing 1 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen is obtained. It was. This silicon single crystal is processed into a wafer shape, and a silicon single crystal layer is deposited on the obtained silicon wafer by an epitaxial method so that the deposition amount is 2 μm near the surface, thereby producing the 300 mmφ silicon substrate of Example 1. did.
次いで、SIMOX法によりSOI基板を作製した。
まず、上記のシリコン基板に、注入エネルギー:180KeV、ドーズ量:4.0×1017cm−2になるように酸素イオンを注入し、所定の深さに高濃度酸素イオン注入層を形成した。
次いで、このシリコン基板を、600℃の0.5v/v%O2−99.5v/v%Arの混合ガス雰囲気中に投入し、次いで、1350℃まで昇温させて、1350℃にて4時間熱処理し、次いで、70v/v%O2−30v/v%Arの混合ガス雰囲気中、1350℃にて4時間熱処理し、600℃まで降温させた。
Next, an SOI substrate was produced by the SIMOX method.
First, oxygen ions were implanted into the silicon substrate so as to have an implantation energy of 180 KeV and a dose of 4.0 × 10 17 cm −2 , thereby forming a high concentration oxygen ion implanted layer at a predetermined depth.
Next, this silicon substrate was put into a mixed gas atmosphere of 0.5 v / v% O 2 to 99.5 v / v% Ar at 600 ° C., then heated to 1350 ° C., and 4 at 1350 ° C. Next, heat treatment was performed at 1350 ° C. for 4 hours in a mixed gas atmosphere of 70 v / v% O 2 -30 v / v% Ar, and the temperature was lowered to 600 ° C.
次いで、HF水溶液にて表面酸化膜を除去し、その後、SC−1洗浄を行い、実施例1のSOI基板を作製した。
このSOI基板の表面のシリコン単結晶層の厚みは約160nm、埋め込み酸化膜の厚みは110nmであった。
このSOI基板の表面に発生したサーマルピットの数をパーティクルカウンターにより測定したところ、300mmφのシリコン基板全体で0.3μm以上のピットは0個であり、かつ0.09μm以上のピットも30個以下であった。
また光学顕微鏡によるシリコン基板の表面観察においても、サーマルピットの発生は観察されなかった。
このように、窒素導入によりサーマルピットの発生を完全に抑制し、かつ、表面の窒素濃度をデバイス作製に影響のない程度まで低減することができた。
Next, the surface oxide film was removed with an HF aqueous solution, and then SC-1 cleaning was performed, so that the SOI substrate of Example 1 was manufactured.
The thickness of the silicon single crystal layer on the surface of this SOI substrate was about 160 nm, and the thickness of the buried oxide film was 110 nm.
When the number of thermal pits generated on the surface of this SOI substrate was measured with a particle counter, the number of pits of 0.3 μm or more was 0 in the entire 300 mmφ silicon substrate, and the number of pits of 0.09 μm or more was 30 or less. there were.
In addition, the occurrence of thermal pits was not observed in the surface observation of the silicon substrate with an optical microscope.
In this way, the introduction of nitrogen completely suppressed the generation of thermal pits, and the surface nitrogen concentration could be reduced to a level that does not affect device fabrication.
(実施例2)
多結晶シリコンをCZ成長炉のるつぼに投入して加熱昇温し、この多結晶シリコンの融解中に窒素ガスを導入することにより、窒素を1×1014atoms/cm3含むシリコン単結晶を得た。このシリコン単結晶をウェーハ状に加工し、得られたシリコンウェーハ上に、100v/v%Ar雰囲気下にて、1200℃で1時間の熱処理を行い、表面近傍10μmの深さにGrown−in欠陥を縮小し消滅させた実施例2の300mmφのシリコン基板を作製した。
(Example 2)
By introducing polycrystalline silicon into the crucible of the CZ growth furnace, heating and raising the temperature, and introducing nitrogen gas during melting of the polycrystalline silicon, a silicon single crystal containing 1 × 10 14 atoms / cm 3 of nitrogen is obtained. It was. This silicon single crystal is processed into a wafer shape, and the resulting silicon wafer is heat-treated at 1200 ° C. for 1 hour in a 100 v / v% Ar atmosphere to grow-in defects to a depth of 10 μm near the surface. A 300 mmφ silicon substrate of Example 2 was produced in which is reduced and eliminated.
次いで、このシリコン基板を用いて、SIMOX法により実施例1と同様にして実施例2のSOI基板を作製した。
このSOI基板の表面のシリコン単結晶層の厚みは約160nm、埋め込み酸化膜の厚みは110nmであった。
このSOI基板の表面に発生したサーマルピットの数をパーティクルカウンターにより測定したところ、300mmφのシリコン基板全体で0.3μm以上のピットは0個であり、かつ0.09μm以上のピットも30個以下であった。
また光学顕微鏡によるシリコン基板の表面観察においても、サーマルピットの発生は観察されなかった。
このように、窒素導入によりサーマルピットの発生を完全に抑制し、かつ、表面の窒素濃度をデバイス作製に影響のない程度まで低減することができた。
Next, using this silicon substrate, an SOI substrate of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 by the SIMOX method.
The thickness of the silicon single crystal layer on the surface of this SOI substrate was about 160 nm, and the thickness of the buried oxide film was 110 nm.
When the number of thermal pits generated on the surface of this SOI substrate was measured with a particle counter, the number of pits of 0.3 μm or more was 0 in the entire 300 mmφ silicon substrate, and the number of pits of 0.09 μm or more was 30 or less. there were.
In addition, the occurrence of thermal pits was not observed in the surface observation of the silicon substrate with an optical microscope.
In this way, the introduction of nitrogen completely suppressed the generation of thermal pits, and the surface nitrogen concentration could be reduced to a level that does not affect device fabrication.
1 半導体基板
1a 表面
2 窒素を含有しない領域
3 窒素を含有する領域
11 半導体基板
11a 表面
12 窒素を含有しないシリコン単結晶層
13 窒素を含有するシリコン単結晶
14 高濃度酸素イオン注入層
15 埋め込み酸化膜
16 シリコン酸化膜
17 シリコン単結晶層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
表面近傍に窒素を含有しない領域を有することを特徴とする半導体基板。 A semiconductor substrate used when manufacturing an SOI substrate having an SOI structure in which a silicon oxide film and a silicon single crystal layer are sequentially provided on the surface of a silicon substrate,
A semiconductor substrate having a region not containing nitrogen in the vicinity of the surface.
表面近傍に窒素を含有しない領域を有する半導体基板を用いることを特徴とする半導体基板の製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor substrate, oxygen ions are implanted into a single crystal silicon substrate, and a buried oxide film is formed in the single crystal silicon substrate.
A method of manufacturing a semiconductor substrate, comprising using a semiconductor substrate having a region not containing nitrogen in the vicinity of the surface.
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